(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形であり、内部に収容空間を持つ建築物と、
前記建築物の円筒側面に設けられた太陽電池パネルと、
平面視において前記建築物と同心に、且つ、前記建築物を部分的に取り囲む案内と、
前記案内に可動に案内され、太陽光を前記太陽電池パネルに向けて反射する反射鏡と、
前記反射鏡を、前記建築物に対し、太陽方位と反対の方位に位置するよう移動させる移動用アクチュエータと、
前記建築物の、前記案内に面していない側面に設けられ、前記収容空間にアクセス可能な出入口と、
を備えた太陽光発電設備。
【請求項２】
前記案内は、少なくとも、前記建築物が設置された緯度における夏至の日の出と反対の方位から正中時と反対の方位を通り、日の入りと反対の方位まで前記反射鏡を案内する請求項１に記載の太陽光発電設備。
【請求項３】
前記反射鏡の鉛直方向に対する角度を調整する角度調整器を有する請求項１又は２に記載の太陽光発電設備。
【請求項４】
前記角度調整器は、角度調整用アクチュエータである請求項３に記載の太陽光発電設備。
【請求項５】
前記角度調整用アクチュエータは、前記反射鏡の鉛直方向に対する角度が、太陽の仰角の１／２となるように調整する請求項４に記載の太陽光発電設備。
【請求項６】
前記出入口には、外面側に太陽電池パネルが設けられた扉が設けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
【請求項７】
前記反射鏡の反射面には、太陽光を散乱させる散乱構造が設けられる請求項１〜６のいずれか１項記載の太陽光発電設備。
【請求項８】
前記散乱構造は、前記反射面に設けられた複数の椀状凹部である請求項７に記載の太陽光発電設備。
【請求項９】
前記椀状凹部の下部に、水抜き穴が設けられた請求項８に記載の太陽光発電設備。
【請求項１０】
前記建築物の高さは、４ｍ以下である請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
【請求項１１】
パワーコンディショナーと、
前記移動用アクチュエータを制御する制御盤と、
電力使用機器を前記収容空間内に収容する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽光発電設備。
【請求項１２】
パワーコンディショナーと、
前記移動用アクチュエータ及び前記角度調整用アクチュエータを制御する制御盤と、
電力使用機器を前記収容空間内に収容する請求項４又は５に記載の太陽光発電設備。
【請求項１３】
前記太陽電池パネルにより得られた電力を蓄積する２次電池を前記収容空間内に収容する請求項１１又は１２に記載の太陽光発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の発明者は、太陽光を十分に利用できる太陽光発電装置として、特許文献１に示されるごとく、複数の太陽電池パネルが略筒形状に配設された太陽電池パネル体の筒軸の方向を縦として配設し、該太陽電池パネル体の周りを横方向に周回する軌道に沿って回動可能に、横断面が弧形の曲板形状をなす反射板を備えたものを提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０１６６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上掲特許文献に開示した太陽光発電装置は、良好な太陽光利用効率は得られるものの、当該太陽光発電装置を設置する専用の土地が必要であり、また得られた電力を利用するためには、太陽光発電装置とは別にパワーコンディショナー等の機器を設置する必要があり、さらに得られた電力を利用する機器を設置する設備を要するなど、実際問題として電力を利用するには多くのリソースを要する。また、太陽経路は、季節によって変化するが、上掲の太陽光発電装置では、年間を通じて最良の太陽光利用効率を得ることは難しく、さらなる利用効率の改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、簡便に太陽光由来の電力を利用できる環境を構築でき、なおかつ、年間を通じて高い太陽光利用効率を得られる太陽光発電設備を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
【０００７】
（１）略円筒形であり、内部に収容空間を持つ建築物と、前記建築物の円筒側面に設けられた太陽電池パネルと、平面視において前記建築物と同心に、且つ、前記建築物を部分的に取り囲む案内と、前記案内に可動に案内され、太陽光を前記太陽電池パネルに向けて反射する反射鏡と、前記反射鏡を、前記建築物に対し、太陽方位と反対の方位に位置するよう移動させる移動用アクチュエータと、前記建築物の、前記案内に面していない側面に設けられ、前記収容空間にアクセス可能な出入口と、を備えた太陽光発電設備。
【０００８】
（２）（１）において、前記案内は、少なくとも、前記建築物が設置された緯度における夏至の日の出と反対の方位から正中時と反対の方位を通り、日の入りと反対の方位まで前記反射鏡を案内する太陽光発電設備。
【０００９】
（３）（１）又は（２）において、前記反射鏡の鉛直方向に対する角度を調整する角度調整器を有する太陽光発電設備。
【００１０】
（４）（３）において、前記角度調整器は、角度調整用アクチュエータである太陽光発電設備。
【００１１】
（５）（４）において、前記角度調整用アクチュエータは、前記反射鏡の鉛直方向に対する角度が、太陽の仰角の１／２となるように調整する太陽光発電設備。
【００１２】
（６）（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記出入口には、外面側に太陽電池パネルが設けられた扉が設けられる太陽光発電設備。
【００１３】
（７）（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記反射鏡の反射面には、太陽光を散乱させる散乱構造が設けられる太陽光発電設備。
【００１４】
（８）（７）において、前記散乱構造は、前記反射面に設けられた複数の椀状凹部である太陽光発電設備。
【００１５】
（９）（８）において、前記椀状凹部の下部に、水抜き穴が設けられた太陽光発電設備。
【００１６】
（１０）（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記建築物の高さは、４ｍ以下である太陽光発電設備。
【００１７】
（１１）（１）〜（１０）のいずれかにおいて、パワーコンディショナーと、前記移動用アクチュエータを制御する制御盤と、電力使用機器を前記収容空間内に収容する太陽光発電設備。
【００１８】
（１２）（４）又は（５）において、パワーコンディショナーと、前記移動用アクチュエータ及び前記角度調整用アクチュエータを制御する制御盤と、電力使用機器を前記収容空間内に収容する太陽光発電設備。
【００１９】
（１３）（１１）又は（１２）において、前記太陽電池パネルにより得られた電力を蓄積する２次電池を前記収容空間内に収容する太陽光発電設備。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光発電設備の概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽光発電設備の概略平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽光発電設備の概略側面図である。
【図４】反射鏡及び移動架台の側面図である。
【図５】散乱構造を含む反射鏡の垂直方向断面の一部を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る太陽光発電設備の概略電気系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備１の概略斜視図である。
【００２３】
太陽光発電設備１は、鉛直方向に軸を持つ略円筒形の建築物２と、建築物２と実質的に同心であって、且つ、建築物２の外周囲を部分的に取り囲む案内３と、案内３上を走行する移動架台４に支持され、案内３によって可働に案内される反射鏡５を備える。
【００２４】
建築物２は略円筒形をしており、その側壁面は鉛直面となっている。ここで、略円筒形とは、円筒形又は６角柱以上の多角柱状を指すものとする。また、建築物２の形状に部分的な出っ張りやへこみ等が設けられている場合であっても、全体として円筒形又は６角柱以上の多角柱状と評価できる場合には、建築物２は略円柱形である。
【００２５】
建築物２の側壁面には、多数の太陽電池パネル６が取り付けられている。建築物２の内部は種々の用途に利用可能な収容空間７となっており、側壁面の一部に設けられた出入口８より、外部から収容空間７へのアクセスが可能である。出入口８には扉９が設けられており、扉９の外側面にも太陽電池パネル６が取り付けられている。したがって、扉９を閉めた状態では、建築物２の側壁面は略全て太陽電池パネル６により覆われた状態となる。
【００２６】
建築物２は、太陽光発電設備１を設置しようとする場所に応じて、都度設計し建築してもよいが、建築物２を構成する部材をモジュール化し、あらかじめ工場で生産しておき、設置場所にて組み立てる、いわゆるプレハブ工法により建築してもよい。さらには、各モジュールを簡易に結合及び分離できるようにしておき、解体した建築物２を必要に応じてトラック等で輸送できるようにしてもよい。
【００２７】
また、建築物２の収容空間７内には、パワーコンディショナー等の太陽電池パネル６に付随する機器類及び、電力を使用する任意の機器を収容し使用することができ、機器が使用する電力の全て又は一部を太陽電池パネル６により賄うことができる。そのため、太陽光発電設備１以外に、機器を収容するための設備を別途建設する必要は基本的にない。図２では、収容空間７内に衛星電話などの通信機器が収容されているものと仮定したため、通信用パラボラアンテナが屋上に示されている。
【００２８】
案内３は、金属製、コンクリート製その他任意の材質のレールやその他、移動架台４を案内する軌道である。この例では、コンクリート製のレールとなっている。案内３は建築物２の中心Ｏを中心とする弧状であり、建築物２の外周囲を部分的に取り囲む。図１では、案内３が配置される円のうち、案内３が設けられていない部分を点線で示した。案内３は、図中の方位Ｘから、図中奥側を通り、図中の方位Ｙまで延びている。後ほど詳述するが、方位Ｘ及び方位Ｙは、建築物２が設置された緯度における太陽軌道に基いて設定される。
【００２９】
移動架台４は、案内３により案内されるとともに、案内３上を走行することにより移動する架台である。移動架台４には、反射鏡５が取り付けられ、移動架台４と共に建築物２の周囲を、中心Ｏを中心に旋回するように移動する。さらに、反射鏡５は、鉛直方向に対する角度が調整可能である。移動架台４及び反射鏡５の詳細な構造については後述する。
【００３０】
反射鏡５は、太陽光を建築物２の側壁面に設けられた太陽電池パネル６に向けて反射する鏡である。反射鏡５は、平行光として入射する太陽光を、建築物２に向かって偏向して反射するものであることが好ましく、図示したような凹面鏡や、フレネルミラーを好適に用いることができる。この例で示したものでは、反射鏡５は、円筒面形状となっている。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備１の概略平面図である。平面視において、略円形の建築物２の外周囲を部分的に案内３がとり囲んでいる様子が示されており、案内３上には、案内３によって案内され、案内３上を移動可能な移動架台４と、移動架台４に支持される反射鏡５が配置されている。
【００３２】
ここで、図２中には、建築物２が設置された場所での夏至の日における太陽の、日の出の方位、正中時の方位及び日の入りの方位をそれぞれＡ、Ｂ及びＣとして示し、併せて太陽の日周運動の向きを矢印で示した。図示したのは建築物２が北半球に設置されている場合であり、正中時方位Ｂは真南となり、この時太陽は南中していることになる。また太陽の日周運動の向きは図示した通り時計回りとなる。建築物２が南半球に設置されている場合には、正中時方位Ｂは逆の真北となり、太陽の日周運動の向きは反時計回りとなる。
【００３３】
ここで、移動架台４は、建築物２の中心Ｏに対して、太陽の方位と正反対の位置に反射鏡５を移動させる。そして、日中の太陽の日周運動の経路は、夏至の日に最長となるため、案内３は、夏至の日における太陽の日周運動の経路に対応した位置に移動架台４を案内すべき範囲にわたり設置される必要がある。具体的には、案内３は、少なくとも、建築物２の中心Ｏに対し、夏至の日における日の出の方位Ａと反対の方位Ｙから、正中時方位Ｂと反対の方位を通り、日の入りの方位Ｃと反対の方位Ｘにわたり設けられることになる。
【００３４】
一方で、出入口８は、建築物２の案内３に面している位置に設けられると、時間帯によっては、出入口８の正面に移動架台４及び反射鏡５が位置していることになり、収容空間７へのアクセスに支障をきたしかねない。そのため、出入口８は、建築物２の案内３に面していない範囲Ｚにおける側面に設けられる。これにより、出入口８による出入りが、案内３、移動架台４及び反射鏡５に妨げられることはない。
【００３５】
さらに、移動架台４は、反射鏡５の鉛直方向に対する角度を調整する機能を有している。図３は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備１の概略側面図である。有る時点における太陽の仰角をθｓｕｎとすると、図示したように、反射鏡５が上方に開く向きとなるように、反射鏡５の鉛直方向に対する角度をθｓｕｎ／２とすると、反射鏡５により反射された太陽光がちょうど水平に太陽電池パネル６に入射する向きとなる。本実施形態では、移動架台４に設けられた角度調整器１０により反射鏡５の角度θｍｉｒｒｏｒがθｓｕｎ／２となるよう時々刻々と調整され、日中を通して太陽光が効率よく太陽電池パネル６に入射する。また、この角度θｍｉｒｒｏｒは、季節による太陽の仰角の変化を反映して調整されるため、太陽光発電設備１では一年を通して太陽光が効率よく利用されることになる。
【００３６】
なお、角度調整器１０は、必ずしも自動で反射鏡５の角度を調整するものでなくともよく、人手で反射鏡５の角度を特定の角度に調整できるものであってもよい。この場合の特定の角度は、例えば、正中時の太陽の仰角の１／２、或いは若干これより小さい角度としてよく、また、反射鏡５の角度の調整は、日ごとに行ってもよいし、月ごと或いは季節ごとに行うようにしてもよい。
【００３７】
また、建築物２の高さＨは、好ましくは地面から４ｍ以下とする。これは、建築物２が屋外に設けられる以上、太陽電池パネル６の表面に泥や土・砂埃等の汚れが付着することから、定期的又は不定期に太陽電池パネル６の表面を清掃する必要があるところ、建築物２の高さが４ｍを超えると、清掃作業が困難となるためである。もちろん、清掃作業の困難を厭わなければ建築物２の高さには制限はなく、また、建築物２の屋上に自動清掃装置を設けたり、清掃作業用の移動ゴンドラ等を設けたりしてもよい。この場合においても、自動清掃装置や移動ゴンドラを駆動する電力の全て又は一部は太陽電池パネル６により賄うことができる。
【００３８】
なお、太陽光発電設備１では、太陽電池パネル６が鉛直に設けられるため、太陽電池パネル６への泥等の汚れの付着は、元来少ない。そして、太陽電池パネル６は、好ましくは、地面より間隔ｄだけ離して設置されるため、降雨等の泥はね等による汚れがさらに付着しにくいよう工夫されている。間隔ｄの大きさは、５ｃｍ〜５０ｃｍ程度が良く、より好ましくは１０〜３０ｃｍとする。間隔ｄを決定するにあたっては、建築物２の周囲の地面の状況を考慮すればよく、例えば未舗装面である場合にはｄを大きくし、舗装面であればｄを小さくする。
【００３９】
図４は、反射鏡５及び移動架台４の側面図である。移動架台４の構造は特に限定されないが、本実施形態では、一例として、ベース１１に案内車輪１２が設けられ、ベース１１が案内３上に脱落することなく移動可能に載置されるとともに、ベース１１にブラケットにより移動用アクチュエータ１３が取り付けられ、案内３に接する移動用車輪１４が回転駆動されることにより移動架台４が移動可能とされる機構を示した。移動用アクチュエータ１３は電動機であり、その駆動に用いられる電力の全て又は一部は太陽電池パネル６により賄われる。なお、移動架台４の案内機構や移動機構はここで示したものに限定されず、公知の任意の機構を採用してよい。
【００４０】
また、ベース１１には支持フレーム１５が設けられ、支持フレーム１５の先端に設けられたピボット軸１６により、反射鏡５が回転支持される。これにより、反射鏡５はピボット軸１６の周りに回転してその角度が変えられるようになっている。さらに、支持フレーム１５と反射鏡５との間には角度調整器１０が渡し掛けられ、角度調整器１０自身の長さが可変することで、反射鏡５の角度が変わるようになっている。本実施形態では、角度調整器１０は電動アクチュエータであり、その駆動に用いられる電力の全て又は一部は太陽電池パネル６により賄われる。しかしながら、角度調整器１０としてどのような機器を用いるかは任意であるし、必ずしも自動機器でなくともよい。角度調整器１０として手動機器を用いる場合には、例えば、一般的なターンバックル機構を用いることができる。
【００４１】
さらに、反射鏡５の反射面には、入射した太陽光を散乱する散乱構造１７が設けられる。この散乱構造１７は、入射した太陽光の反射角度を散乱し、分散することで、反射光が特定の太陽電池パネル６に集中して入光する事態を防ぎ、太陽電池パネル６間の発電量の差異を均等化する効果を持つ。この散乱構造１７は任意のものであってよいが、本実施形態では、図示した通りの複数の椀状凹部である。
【００４２】
図５は、散乱構造１７を含む反射鏡５の鉛直方向断面の一部を示す図である。ここでは、散乱構造１７を構成する椀状凹部は、球殻の一部となる形状の凹面である。また、椀状凹部の下部、すなわち、少なくとも下側半分には、水抜き穴１８が設けられている。この水抜き穴１８は、椀状凹部に降雨などにより水や、土埃等の汚れが溜まり、反射鏡５の反射性能が低下するのを防止するため設けられる。
【００４３】
図６は、本発明の実施形態に係る太陽光発電設備１の概略電気系統図である。太陽電池パネル６により発電された電力は、コントローラ１９に入力される。コントローラ１９は、太陽電池パネル６により発電された電力を、負荷に応じて分電盤２０及び２次電池２１に振り分け、又、太陽光発電設備１に用いられる各種自動機器類を制御する制御盤である。
【００４４】
コントローラ１９により振り分けられた電力の一部は、２次電池２１に蓄積される。また、電力の別の一部は、パワーコンディショナー２２へと振り向けられ、一般の商用電源と同様の交流に変換されて分電盤２０に供給される。分電盤２０には、移動用アクチュエータ１３及び角度調整器１０が接続されており、それぞれ、コントローラ１９からの信号に応じて駆動されるようになっている。さらに、分電盤２０には、任意の負荷２３を接続し使用することができる。
【００４５】
コントローラ１９は、分電盤２０から供給される電力に対し、太陽電池パネル６により発電される電力に余剰がある場合には、余剰電力を用いて２次電池２１を充電し、電力を蓄積する。逆に、負荷が非常に大きい場合や、夜間や雲天時など、分電盤２０から供給される電力に対し、太陽電池パネル６により発電される電力が不足する場合には、２次電池２１に蓄積された電力をパワーコンディショナー２２へと振り向け、不足分を補うように制御する。
【００４６】
また、コントローラ１９は、時計回路２４から入力される現在の日時の情報に基いて、移動用アクチュエータ１３及び角度調整器１０を制御し、反射鏡５の位置及び角度を適正なものに保つ。この制御は、連続的に行ってもよいし、一定時間毎、例えば１時間毎に行ってもよい。時計回路２４は、現在の時間のみならず日も計時するものであり、コントローラ１９は、太陽光発電設備１が設置された緯度と、この日時の情報から現在の太陽の正確な方角及び仰角を求めることができるようになっている。
【００４７】
なお、太陽の方角及び仰角は、別途センサを設けて太陽を検知することにより行ってもよいが、曇天の場合等、太陽の位置の検知が難しい場合があるため、日時の情報に基いて算出する方法が好ましい。また、時計回路２４は、常時時刻を計時するものであるが、これに換えて、例えば必要なタイミングで標準電波等に含まれる日時情報を適宜のアンテナで受信することにより現在の日時の情報を得てもよい。さらに、太陽光発電設備１における電力の使用が日中に限られる場合には、２次電池２１は必ずしも設ける必要はない。
【００４８】
そして、これらのコントローラ１９、分電盤２０、２次電池２１、パワーコンディショナー２２等の機器は、建築物２の収容空間７内に収容される。そのため、これらの機器を収容するための設備を別途用意する必要はなく、太陽光発電設備１を設置するだけで、直ちに任意の電力を使用する機器が使用可能である。
【００４９】
なお、太陽光発電設備１は、外部の電力網と接続することなく単独で使用することが可能であるが、外部の電力網と接続し、余剰電力がある場合にはこれを販売し、不足電力がある場合には電力の供給を受けるようにしてもよい。
【００５０】
以上説明した通り、太陽光発電設備１は、単独で任意の電力を使用する機器を直ちに使用可能であり、外部の電力網との接続は必要ないので、特に、電力網の整備が行われていない地域において、簡便に電力を使用可能な施設として利用することができる。
【００５１】
特に、太陽光発電設備１は、建築物２の収容空間７を自由に使用することができるので、これを僻地における住居や山小屋として使用したり、電力が必要となる高度な医療機器を設置することで僻地の医療拠点としたり、衛星電話などの通信施設として利用したり、井戸水を汲み上げるポンプとフィルタ機器を設置することで、安全な水を供給できる水道施設として使用することができる等、極めて多様かつ有用な用途が見込まれる。そして、それら各種用途に用いられる機器は、堅牢な建築物２内部の収容空間７内に収容されるから、屋外使用による汚損や劣化の心配はない。
【００５２】
以上説明した実施形態に示した具体的な構成は例示として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成そのものに限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、各部材あるいはその部分の形状や数、配置等を適宜変更したりしてもよい。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００５３】
１  太陽光発電設備、２  建築物、３  案内、４  移動架台、５  反射鏡、６  太陽電池パネル、７  収容空間、８  出入口、  ９  扉、１０  角度調整器、１１  ベース、１２  案内車輪、１３  移動用アクチュエータ、１４  移動用車輪、１５  支持フレーム、１６  ピボット軸、１７  散乱構造、１８  水抜き穴、１９  コントローラ、２０  分電盤、２１  ２次電池、２２  パワーコンディショナー、２３  負荷、２４  時計回路。
【要約】
【課題】簡便に太陽光由来の電力を利用できる環境を構築でき、なおかつ、年間を通じて高い太陽光利用効率を得られる太陽光発電設備を提供すること。
【解決手段】略円筒形であり、内部に収容空間を持つ建築物と、前記建築物の円筒側面に設けられた太陽電池パネルと、平面視において前記建築物と同心に、且つ、前記建築物を部分的に取り囲む案内と、前記案内に可動に案内され、太陽光を前記太陽電池パネルに向けて反射する反射鏡と、前記反射鏡を、前記建築物に対し、太陽方位と反対の方位に位置するよう移動させる移動用アクチュエータと、前記建築物の、前記案内に面していない側面に設けられ、前記収容空間にアクセス可能な出入口と、を備えた太陽光発電設備。
【選択図】図１【図１】
0005816888.tif 000002
【図２】
0005816888.tif 000003
【図３】
0005816888.tif 000004
【図４】
0005816888.tif 000005
【図５】
0005816888.tif 000006
【図６】
0005816888.tif 000007